石榴石结构锂离子固体电解质的烧结和优化
发布时间：2020-12-26 16:20
目前商业锂离子电池主要采用有机电解液,其在非常规环境下存在漏液、燃烧、爆炸等安全隐患。基于无机固体陶瓷电解质的固态电池对解决传统液态电池存在的安全问题具有重要意义。此外,固态锂电池具有高比能量、长循环寿命、自放电低和可设计性强等优点,目前已被广泛应用于微电子系统和便携式电子设备等领域。发展固态电池的技术关键在于研发高性能固体电解质。一般来说,这种电解质应具备高锂离子电导率、宽的化学窗口和对电极材料的良好的化学稳定性。石榴石结构锂离子固体电解质(Li-Garnet solid electrolyte,Li7La3Zr2O12,LLZO)具备高电导率(近10-3 S cm-1),对金属锂稳定,电化学窗口宽（04V）等优点,是下一代高安全性固态锂电池的候选电解质材料之一。从2007年第一次报道至今,人们专注于该类陶瓷的掺杂和结构研究。Al、Ga、Nb、Ta等金属阳离子被尝试掺入到LLZO晶格,稳定其立方相并提高电导率;四方相与立方相的结构分...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：255 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全球锂离子电池消费电子、动力、储能需求总量
密度较为低下，但相对来说更加安全。锂离子二次电池具备较高的重量能量密度，对于电池成品约 150Wh/kg；其放电电压区间为 2.5~4.2V，相对于传统的铅酸、镍镉等电池有着巨大的优势。此外，它还具有自放电小、循环寿命长、无记忆效应、可快速充放电和无环境污染等优点。因此，锂离子电池已经广泛应用于军事和民用电池中，是无人机、通讯设备、便携式计算机、照相机、电动工具等小型轻量化产品的理想电源，也是电动汽车中理想的高比能动力电源。1.2.1 锂离子电池技术的工作原理1990 年日本索尼公司成功研制了一种工作电压达 3.6V、质量比容量为 78Wh kg 1、体积比容量为 192WhL 1，循环寿命为 1200 次，月自放电率为 12%的锂离子电池。与常用的铅酸、氢镍和镉镍二次电池相比，能量密度高得多（约 2~4倍）。
图 1.3 含锂盐 LiPF6的非质子有机溶剂循环伏安曲线[32, 33]。 1.3 A schematic presentation of the CV behavior of inert (Pt) electrodes in various familiepolar aprotic solvents with Li salt LiPF6.表格 1.1 锂离子有机液体电解质中常用有机溶剂Table 1.1 Common solvents in lithium ion organic electrolytes名称 简写 分子式碳酸乙烯酯 EC (OCH2CH2O)CO碳酸二乙酯 DEC (CH3CH2O)2CO碳酸二甲酯 DMC (CH3O)2CO碳酸甲乙酯 EMC (CH3O)CO(CH3CH2O)四氢呋喃 THF (CH2)4O二氧戊环 DOL CH3OCH2OCH31,2 二甲基已烷 DME CH3OCH2CH2OCH2CH3负极材料的强还原性及正极材料的强氧化性决定了液体电解质中有机溶择范围。如图 1.3 所示，常见溶剂的氧化还原窗口为 2~4 V (vs. Li/Li+)，极电极材料的充放电窗口的范围分别为 0~0.2 V (vs. Li/Li+)和 3~4.5 V i+)，这大大限制了液体电解质中有机溶剂的种类。此外，有机溶剂中必须性基团，如 C≡N、C=O、S=O、C O 等，才能有效地溶解极性的锂盐。锂
【参考文献】：
期刊论文
[1]Lithium-ion transport in inorganic solid state electrolyte[J]. 高健,赵予生,施思齐,李泓. Chinese Physics B. 2016(01)
[2]高电导率F掺杂Li7La3Zr2O12石榴石结构固体电解质（英文）[J]. 刘才,温兆银,芮琨. 无机材料学报. 2015(09)
[3]Sb掺杂Li7La3Zr2O12陶瓷的显微结构及离子导电性能研究（英文）[J]. 曹珍珠,任伟,刘进荣,李国荣,高艳芳,房明浩,何伟艳. 无机材料学报. 2014(02)
[4]Densification and lithium ion conductivity of garnet-type Li7-xLa3Zr2-xTaxO12 （x=0.25） solid electrolytes[J]. 曹阳,李忆秋,郭向欣. Chinese Physics B. 2013(07)
本文编号：2940045
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：255 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全球锂离子电池消费电子、动力、储能需求总量
密度较为低下，但相对来说更加安全。锂离子二次电池具备较高的重量能量密度，对于电池成品约 150Wh/kg；其放电电压区间为 2.5~4.2V，相对于传统的铅酸、镍镉等电池有着巨大的优势。此外，它还具有自放电小、循环寿命长、无记忆效应、可快速充放电和无环境污染等优点。因此，锂离子电池已经广泛应用于军事和民用电池中，是无人机、通讯设备、便携式计算机、照相机、电动工具等小型轻量化产品的理想电源，也是电动汽车中理想的高比能动力电源。1.2.1 锂离子电池技术的工作原理1990 年日本索尼公司成功研制了一种工作电压达 3.6V、质量比容量为 78Wh kg 1、体积比容量为 192WhL 1，循环寿命为 1200 次，月自放电率为 12%的锂离子电池。与常用的铅酸、氢镍和镉镍二次电池相比，能量密度高得多（约 2~4倍）。
图 1.3 含锂盐 LiPF6的非质子有机溶剂循环伏安曲线[32, 33]。 1.3 A schematic presentation of the CV behavior of inert (Pt) electrodes in various familiepolar aprotic solvents with Li salt LiPF6.表格 1.1 锂离子有机液体电解质中常用有机溶剂Table 1.1 Common solvents in lithium ion organic electrolytes名称 简写 分子式碳酸乙烯酯 EC (OCH2CH2O)CO碳酸二乙酯 DEC (CH3CH2O)2CO碳酸二甲酯 DMC (CH3O)2CO碳酸甲乙酯 EMC (CH3O)CO(CH3CH2O)四氢呋喃 THF (CH2)4O二氧戊环 DOL CH3OCH2OCH31,2 二甲基已烷 DME CH3OCH2CH2OCH2CH3负极材料的强还原性及正极材料的强氧化性决定了液体电解质中有机溶择范围。如图 1.3 所示，常见溶剂的氧化还原窗口为 2~4 V (vs. Li/Li+)，极电极材料的充放电窗口的范围分别为 0~0.2 V (vs. Li/Li+)和 3~4.5 V i+)，这大大限制了液体电解质中有机溶剂的种类。此外，有机溶剂中必须性基团，如 C≡N、C=O、S=O、C O 等，才能有效地溶解极性的锂盐。锂
【参考文献】：
期刊论文
[1]Lithium-ion transport in inorganic solid state electrolyte[J]. 高健,赵予生,施思齐,李泓. Chinese Physics B. 2016(01)
[2]高电导率F掺杂Li7La3Zr2O12石榴石结构固体电解质（英文）[J]. 刘才,温兆银,芮琨. 无机材料学报. 2015(09)
[3]Sb掺杂Li7La3Zr2O12陶瓷的显微结构及离子导电性能研究（英文）[J]. 曹珍珠,任伟,刘进荣,李国荣,高艳芳,房明浩,何伟艳. 无机材料学报. 2014(02)
[4]Densification and lithium ion conductivity of garnet-type Li7-xLa3Zr2-xTaxO12 （x=0.25） solid electrolytes[J]. 曹阳,李忆秋,郭向欣. Chinese Physics B. 2013(07)
本文编号：2940045
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